第1章电子电路故障
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利用概率论，如果一个系统共有n种故障模式，且n种故 障模式的出现是等概率的，并设为p，即不出现故障的 概率为(1-p)，则整个系统的无故障概率或成品率y0为： y0=(1-p)n
经测试（排除故障）后的成品率y为： y=y0(1-d)
其中，d--测试质量，也称故障诊出率, 0<=d<=1 经测试并排除故障之后，系统的无故障概率由原来的y0
1.1.1 数字电路测试的定义
数字电路测试的定义： 数字系统（电路）是处理二进制信息的 系统，二进制信息常常称之为“数据”， 因此，有关数字系统的信息测试和分析 就称为“数字电路测试”，也称为“数 字系统的故障诊断”。
本章的内容： 数字电路测试理论和方法，是全新的测 试理论和方法。
1.1.2 数字电路测试的重要性和复杂性
平时成绩（作业，纪律）：平时30%，期终考试70%； 教材：《集成电路测试技术基础》化学工业出版社，姜岩峰
《数字电路测试及仪器》第三版，电子科大出版社
陈光禹
《可测性设计技术》，电子工业出版社
- Samual c.lee,Digital circuits and logic design; - R.saeks,S.R.liberty,Rational fault analysis;(列出1180篇文献）
EA-6B RPG F-14D CRE WRAs “雄猫”战斗机
SH-60F/ALFS JTIDS 战术数据系统
ALE-50 HARPOON “捕鲸叉”反舰导弹
CAINS II PHOENIX “不死鸟”空对空导弹
SAHRS ATARS 高级战术机载侦察系统
CASS系统现已用于项目的维护支持
自动测试技术
时域测试：f(p,t)
频域测试：s(p,w)
相互转换关系---富氏变换：
t
s
S (w) f (t)e jwt dt
f (t) 1 S (w)e jwt dw
2
f
1.1.1 数字电路测试的定义
数字系统--处理数字信息，即二进制信息： f(Event,Word)=f(E,W)
事件 数据字
数字信息的特征：
故障诊断技术
自动测试技术
自动测试技术
故障诊断系统（ATE）
故障诊断技术
军工测试要求
无须探测内部节点，诊断到元器件故障
精确的激励和测试程序生成 有保护涂层或电路密度太高，必须有接触性及非接触性诊断能力 多种测试方法 (功能测试，扫描测试，存储器测试) 精确可靠的修理指令 在飞行器或其它关键项目中禁止使用反驱动
现代VLSI及系统愈来愈庞大复杂，任 何故障或失误，都会导致奇灾大祸。
数字电路测试复杂，严密，有趣，实 用
注意：概念要清楚！！！
电子科大CAT室
测试质量d与测试费用$的关系：
电子科大CAT室
1.1.3 数字电路测试的分析方法
1.几个术语 – 缺陷：物质上的不完善性，如开路，短路等； – 损坏：能导致错误动作的缺陷； – 故障：缺陷所引起的电路异常操作。故障是缺陷的逻辑表现；
2002年三月29日– GETS-1000 运行于台湾某导弹基地
自动测试技术
81110A 脉冲发生器 E4440A 频谱仪 8757D 标量分析仪 8753ES S-参数矢量网络分析仪 8514B S-参数测试设备 8510C 网络分析仪 54825B Infiniium示波器 N8973A 噪声系数分析仪 5335A * 频率计 8662A * 信号发生器 81101A 脉冲/函数发生器 83620B 合成器/函数发生器 33250B 合成器/函数发生器 53131A 10位通用计数器 34401A 6½ 位数字万用表 E4419B 双通道功率计 N3306A 电子负载模块 N3305A 电子负载模块
电子电路系统的故障诊断与可测性设计 -------集成电路测试技术
授课教师：李西峰 Email: xfongl@163.com
教研室：主楼C2-209
目的：增强系统可靠性
目的：增强系统可靠性
课程安排
学时：32学时，2学时/周； 纪律：不旷课，不迟到，不早退，上课不讲话；
要求：上课认真听讲，作好笔记（例题），拷贝PPT； 思维方法：抽象思维，反向思维；
2.故障类型
1. 固定故障（stuck-at fault）
固定故障是指电路中某个信号线（输出或输入）的逻辑电平固定 不变。固定型故障又有单固定故障和多固定故障之。 电路中有且只有一条线存在固定型故障，称为单固定故障 ,它主要 反映某一个信号线上的逻辑电平不可控，在系统运行的过程中永 远固定在一个电平上。如果该电平固定为高电平，则称为固定1故 障（stuck-at-1），记为s-a-1；如果固定为低电平，则称为固定0 故障（stuck-at-0），简记s-a-0。
严格的时空观--严格的时序和严格的空间（多线）概念；
DB
来自百度文库
非周期性--难以观察与测试； 无规律性--难以模拟；
CPU AB
不稳定性--竞争与冒险，毛刺难以测试；
CB
软件信息与硬件信息难以区分--数据流测试；
速率范围大--ps--s量级，难以存储和记忆；
因此，用常规的模拟测试技术是无法实现数字信息的测试。
自动测试技术
美国海军CASS集成自动支持系统
CASS集成自动支持系统 (Consolidated Automated Support System) 是美国海 军建立的标准通用测试平台
自动测试技术
AIWS 空中拦截武器系统 AMRAAM 精密中程防空导弹 AN/AAS-33A 转塔式红外探测系统
1.1.3 数字电路测试的分析方法
2. 桥接故障（bridging fault）模型
当两根或者多根信号线连接在一起而引起电路发生的
故障称为桥接故障。桥接故障有明显的规律，即在搭
接线处实现线逻辑，正逻辑时实现的是线与功能，负
逻辑时实现的是线或。
a
a
b
+ yb
c
c
a+
+
y
b c
+y
原电路
正逻辑等效 故障电路
背景：电子和半导体技术的发展
电子管(1904年)
第一个集成电路/固态电 路（1958年）
仙童公司 IC （1960年）
第一个晶体管（1947年）
背景：电子和半导体技术的发展
SoC
NoC
IT业界著名几大定律
Moore定律（1965年） 集成电路内可容纳晶体管的数目每18个月翻一番
Bell定律（1972年） 由于半导体，存储，接口和网络方面的技术进步，每10 年会有一类新的计算设备诞生：巨型机，微机，工作站， 平板电脑，可穿戴设备等
数字电路测试的重要性
InfoWorld-影响未来10年的互联网技术
私有云技术 软件定义的网络 高级同步 分布式存储分层 一个值得信任的芯片 持续构建工具
军事装备测试的重要性
武器装备的资源保障，提高任务成功性 (可靠性、安全性) 武器装备效能倍增器，强化军事效益，提高战斗力 (性能) 提高战备完好性 (测试性、维护性、保障性) 武器装备的重要组成部分 武器装备的测试费用占武器装备成本的50%到70%，随着武器装备 复杂性的增加（数字化 DSP，小型化 ，高集成度、模块化)而迅 速增长，国外预计到2015年超过80%
Metcalfe定律（1993年） 网络价值同网络用户数的平方成正比
Gilder定律（1996年） 未来25年，主干网带宽将每6个月增加一倍
背景：电子系统失效原因
电气 应力
固有 失效 机制
外在 失效 机制
静电放电 电气过载
栅极氧化击穿 离子污染 面电荷扩散 电荷效应 隧道效应 位移效应
封装 敷金属
靠性中的重要性。
测试质量与系统无故障概率的关系
————————————————————————
故障模式 n
1
10
100
1000
————————————————————————
测试前成品率yo 0.99 0.90
0.37 0.00004
测试后成品率y ~1
0.995
0.95 0.6
————————————————————————
电子科大CAT室
测试质量d与测试费用$的关系：
测试质量d与测试费用$的关系：
$
d 0
1
元件级测试：d=0.95-0.98！！
小系统（30 SSI)：d=0.90
中系统（100 SSI)：d=0.50
大系统：
d<0.30
集成度愈高，引脚愈少--愈复杂，愈 困难；
测试费用高（常比系统费用高），费 时，费力！
NUWES Keyport Depot
Standard Compass System
AN/APG-73 (F/A-18) 跟踪雷达 AN/APN-217(V)5 多谱勒雷达 AN/APS-137 机载预警雷达
AN/ARC-210 I/D EA-6B AIP “徘徊者”电子战机
EA-6B/ALQ-149
负逻辑等效 故障电路
1.1.3 数字电路测试的分析方法
3 固定开路故障（stuck-open） 4. 时滞故障（delay fault）模型
时滞故障是一种动态故障，这种故障在 低频时工作正常，随着信号频率的升高， 元件的延迟时间有可能超过规定的值， 从而导致时序配合上的错误，使电路的 功能出错，这种故障称为时滞故障。
压焊 死链接 微粒污染
辐射
慢捕获 热电子 二级慢捕获
腐蚀 电迁移 接触迁移 微裂隙
外部 固有
背景：VLSI开发过程测试
背景：电子系统制造过程测试
背景：电子系统失效描述
全系统中的故障诊断
激励
系统
传感器
故障 检 测
故障诊断
故障管理
电子系统基本测试流程
第1章 数字电路测试概述
第1.1节 数字电路测试的基本概念 什么是数字电路测试； 数字电路测试的重要性及复杂性 数字电路测试的分析方法 数字电路测试的基本任务及方法 数字电路测试的可测性和完备性
AN/ALE-47
AN/ALQ-126B RF SRAS
AN/ALQ-156
AN/ALQ-165 (ASPJ) AN/ALR-67 对抗及告警控制系统
GPWS/HELO
GPWS/Transport
Mini-DAMA HARM “哈姆”高速反雷达导弹
IRSTS MMR/APN-138 机载预警雷达 SH-60B Block II “海鹰”反潜直升机
第1.2节 穷举测试法--数字电路测试的简单方法 穷举测试法的基本思想及特点 伪穷举测试法的具体实施
第1.3节 故障表方法--数字电路测试的基本方法 故障表方法的基本思想 故障表方法的具体实施--固定计划法，自适应方法
第1.1节 数字电路测试的基本概念
1.1.1 数字电路测试的定义--什么是数字电路测试？f 电子系统：模拟系统--处理模拟信息；
也就是经 过测试 并排除 故障后， 使系统 的无故 障概率由 原来的 85% 提高 到 99.7%，这是令人满意的。
下表列出了系统故障出现概率为p=1%，而经测试质量d=95%的测试后，成
品率变化的情况。显然，随着故障模式n的增加，系统无故障概y率 o 急剧下降，
而经测试后，系统的无故障概率y又急剧上升。可见，数据域测试在提高系统可
参考书
参考书
参考书
课程内容安排
一.数字电路的测试与故障诊断 1.概述 2.组合电路测试与故障诊断 3.时序电路测试与故障诊断 4.微机系统的测试与故障诊断 5.计算机辅助测试技术
课程内容安排
二.可测性设计 1.可测性设计 2.内建自测试 三. 模拟电路的测试与故障诊断 四. 混合信号测试技术简介
数字系统是复杂的系统：计算机系统，自 动测试系统，智能仪器等；
电子世界正在兴起一场深刻的革命，这场 革命以大规模集成电路(VLSI)和微处理 器标志的数字系统，使许多传统的测试 理论、方法和技术正为之改观。
重要性： VLSI及数字系统生产过程的质量控制 保证数字系统高的可靠性
数字电路测试的重要性
数字电路测试复杂性 数字电路故障诊断的重要性
提高到y； d愈高，成品率就愈高，系统的可靠性也愈高！！
1.1.2 数字电路测试的重要性和复杂性
如果: 如果 d=0, 则y=y0 成品率未提高； 如果 d=1, 则y=1 成品率为1，无故障； 如果 yo =0.85，测试质量d=0.98，则有：
y 0.85 (10.98) 0.85 0.02 0.9967549
诊断性能故障 (全速测试)
重复可靠的激励及测量 高性能，高精度的测试系统硬件
从测试机直接发运现场
必须在整个性能范围内进行测试，验证产品的临界工作范围 必须进行真速测试
故障诊断技术
故障诊断技术
故障诊断技术
故障诊断技术
故障诊断技术
电路板测试接口
电路板测试及故障诊断
1.1.2 数字电路测试的重要性和复杂性
经测试（排除故障）后的成品率y为： y=y0(1-d)
其中，d--测试质量，也称故障诊出率, 0<=d<=1 经测试并排除故障之后，系统的无故障概率由原来的y0
1.1.1 数字电路测试的定义
数字电路测试的定义： 数字系统（电路）是处理二进制信息的 系统，二进制信息常常称之为“数据”， 因此，有关数字系统的信息测试和分析 就称为“数字电路测试”，也称为“数 字系统的故障诊断”。
本章的内容： 数字电路测试理论和方法，是全新的测 试理论和方法。
1.1.2 数字电路测试的重要性和复杂性
平时成绩（作业，纪律）：平时30%，期终考试70%； 教材：《集成电路测试技术基础》化学工业出版社，姜岩峰
《数字电路测试及仪器》第三版，电子科大出版社
陈光禹
《可测性设计技术》，电子工业出版社
- Samual c.lee,Digital circuits and logic design; - R.saeks,S.R.liberty,Rational fault analysis;(列出1180篇文献）
EA-6B RPG F-14D CRE WRAs “雄猫”战斗机
SH-60F/ALFS JTIDS 战术数据系统
ALE-50 HARPOON “捕鲸叉”反舰导弹
CAINS II PHOENIX “不死鸟”空对空导弹
SAHRS ATARS 高级战术机载侦察系统
CASS系统现已用于项目的维护支持
自动测试技术
时域测试：f(p,t)
频域测试：s(p,w)
相互转换关系---富氏变换：
t
s
S (w) f (t)e jwt dt
f (t) 1 S (w)e jwt dw
2
f
1.1.1 数字电路测试的定义
数字系统--处理数字信息，即二进制信息： f(Event,Word)=f(E,W)
事件 数据字
数字信息的特征：
故障诊断技术
自动测试技术
自动测试技术
故障诊断系统（ATE）
故障诊断技术
军工测试要求
无须探测内部节点，诊断到元器件故障
精确的激励和测试程序生成 有保护涂层或电路密度太高，必须有接触性及非接触性诊断能力 多种测试方法 (功能测试，扫描测试，存储器测试) 精确可靠的修理指令 在飞行器或其它关键项目中禁止使用反驱动
现代VLSI及系统愈来愈庞大复杂，任 何故障或失误，都会导致奇灾大祸。
数字电路测试复杂，严密，有趣，实 用
注意：概念要清楚！！！
电子科大CAT室
测试质量d与测试费用$的关系：
电子科大CAT室
1.1.3 数字电路测试的分析方法
1.几个术语 – 缺陷：物质上的不完善性，如开路，短路等； – 损坏：能导致错误动作的缺陷； – 故障：缺陷所引起的电路异常操作。故障是缺陷的逻辑表现；
2002年三月29日– GETS-1000 运行于台湾某导弹基地
自动测试技术
81110A 脉冲发生器 E4440A 频谱仪 8757D 标量分析仪 8753ES S-参数矢量网络分析仪 8514B S-参数测试设备 8510C 网络分析仪 54825B Infiniium示波器 N8973A 噪声系数分析仪 5335A * 频率计 8662A * 信号发生器 81101A 脉冲/函数发生器 83620B 合成器/函数发生器 33250B 合成器/函数发生器 53131A 10位通用计数器 34401A 6½ 位数字万用表 E4419B 双通道功率计 N3306A 电子负载模块 N3305A 电子负载模块
电子电路系统的故障诊断与可测性设计 -------集成电路测试技术
授课教师：李西峰 Email: xfongl@163.com
教研室：主楼C2-209
目的：增强系统可靠性
目的：增强系统可靠性
课程安排
学时：32学时，2学时/周； 纪律：不旷课，不迟到，不早退，上课不讲话；
要求：上课认真听讲，作好笔记（例题），拷贝PPT； 思维方法：抽象思维，反向思维；
2.故障类型
1. 固定故障（stuck-at fault）
固定故障是指电路中某个信号线（输出或输入）的逻辑电平固定 不变。固定型故障又有单固定故障和多固定故障之。 电路中有且只有一条线存在固定型故障，称为单固定故障 ,它主要 反映某一个信号线上的逻辑电平不可控，在系统运行的过程中永 远固定在一个电平上。如果该电平固定为高电平，则称为固定1故 障（stuck-at-1），记为s-a-1；如果固定为低电平，则称为固定0 故障（stuck-at-0），简记s-a-0。
严格的时空观--严格的时序和严格的空间（多线）概念；
DB
来自百度文库
非周期性--难以观察与测试； 无规律性--难以模拟；
CPU AB
不稳定性--竞争与冒险，毛刺难以测试；
CB
软件信息与硬件信息难以区分--数据流测试；
速率范围大--ps--s量级，难以存储和记忆；
因此，用常规的模拟测试技术是无法实现数字信息的测试。
自动测试技术
美国海军CASS集成自动支持系统
CASS集成自动支持系统 (Consolidated Automated Support System) 是美国海 军建立的标准通用测试平台
自动测试技术
AIWS 空中拦截武器系统 AMRAAM 精密中程防空导弹 AN/AAS-33A 转塔式红外探测系统
1.1.3 数字电路测试的分析方法
2. 桥接故障（bridging fault）模型
当两根或者多根信号线连接在一起而引起电路发生的
故障称为桥接故障。桥接故障有明显的规律，即在搭
接线处实现线逻辑，正逻辑时实现的是线与功能，负
逻辑时实现的是线或。
a
a
b
+ yb
c
c
a+
+
y
b c
+y
原电路
正逻辑等效 故障电路
背景：电子和半导体技术的发展
电子管(1904年)
第一个集成电路/固态电 路（1958年）
仙童公司 IC （1960年）
第一个晶体管（1947年）
背景：电子和半导体技术的发展
SoC
NoC
IT业界著名几大定律
Moore定律（1965年） 集成电路内可容纳晶体管的数目每18个月翻一番
Bell定律（1972年） 由于半导体，存储，接口和网络方面的技术进步，每10 年会有一类新的计算设备诞生：巨型机，微机，工作站， 平板电脑，可穿戴设备等
数字电路测试的重要性
InfoWorld-影响未来10年的互联网技术
私有云技术 软件定义的网络 高级同步 分布式存储分层 一个值得信任的芯片 持续构建工具
军事装备测试的重要性
武器装备的资源保障，提高任务成功性 (可靠性、安全性) 武器装备效能倍增器，强化军事效益，提高战斗力 (性能) 提高战备完好性 (测试性、维护性、保障性) 武器装备的重要组成部分 武器装备的测试费用占武器装备成本的50%到70%，随着武器装备 复杂性的增加（数字化 DSP，小型化 ，高集成度、模块化)而迅 速增长，国外预计到2015年超过80%
Metcalfe定律（1993年） 网络价值同网络用户数的平方成正比
Gilder定律（1996年） 未来25年，主干网带宽将每6个月增加一倍
背景：电子系统失效原因
电气 应力
固有 失效 机制
外在 失效 机制
静电放电 电气过载
栅极氧化击穿 离子污染 面电荷扩散 电荷效应 隧道效应 位移效应
封装 敷金属
靠性中的重要性。
测试质量与系统无故障概率的关系
————————————————————————
故障模式 n
1
10
100
1000
————————————————————————
测试前成品率yo 0.99 0.90
0.37 0.00004
测试后成品率y ~1
0.995
0.95 0.6
————————————————————————
电子科大CAT室
测试质量d与测试费用$的关系：
测试质量d与测试费用$的关系：
$
d 0
1
元件级测试：d=0.95-0.98！！
小系统（30 SSI)：d=0.90
中系统（100 SSI)：d=0.50
大系统：
d<0.30
集成度愈高，引脚愈少--愈复杂，愈 困难；
测试费用高（常比系统费用高），费 时，费力！
NUWES Keyport Depot
Standard Compass System
AN/APG-73 (F/A-18) 跟踪雷达 AN/APN-217(V)5 多谱勒雷达 AN/APS-137 机载预警雷达
AN/ARC-210 I/D EA-6B AIP “徘徊者”电子战机
EA-6B/ALQ-149
负逻辑等效 故障电路
1.1.3 数字电路测试的分析方法
3 固定开路故障（stuck-open） 4. 时滞故障（delay fault）模型
时滞故障是一种动态故障，这种故障在 低频时工作正常，随着信号频率的升高， 元件的延迟时间有可能超过规定的值， 从而导致时序配合上的错误，使电路的 功能出错，这种故障称为时滞故障。
压焊 死链接 微粒污染
辐射
慢捕获 热电子 二级慢捕获
腐蚀 电迁移 接触迁移 微裂隙
外部 固有
背景：VLSI开发过程测试
背景：电子系统制造过程测试
背景：电子系统失效描述
全系统中的故障诊断
激励
系统
传感器
故障 检 测
故障诊断
故障管理
电子系统基本测试流程
第1章 数字电路测试概述
第1.1节 数字电路测试的基本概念 什么是数字电路测试； 数字电路测试的重要性及复杂性 数字电路测试的分析方法 数字电路测试的基本任务及方法 数字电路测试的可测性和完备性
AN/ALE-47
AN/ALQ-126B RF SRAS
AN/ALQ-156
AN/ALQ-165 (ASPJ) AN/ALR-67 对抗及告警控制系统
GPWS/HELO
GPWS/Transport
Mini-DAMA HARM “哈姆”高速反雷达导弹
IRSTS MMR/APN-138 机载预警雷达 SH-60B Block II “海鹰”反潜直升机
第1.2节 穷举测试法--数字电路测试的简单方法 穷举测试法的基本思想及特点 伪穷举测试法的具体实施
第1.3节 故障表方法--数字电路测试的基本方法 故障表方法的基本思想 故障表方法的具体实施--固定计划法，自适应方法
第1.1节 数字电路测试的基本概念
1.1.1 数字电路测试的定义--什么是数字电路测试？f 电子系统：模拟系统--处理模拟信息；
也就是经 过测试 并排除 故障后， 使系统 的无故 障概率由 原来的 85% 提高 到 99.7%，这是令人满意的。
下表列出了系统故障出现概率为p=1%，而经测试质量d=95%的测试后，成
品率变化的情况。显然，随着故障模式n的增加，系统无故障概y率 o 急剧下降，
而经测试后，系统的无故障概率y又急剧上升。可见，数据域测试在提高系统可
参考书
参考书
参考书
课程内容安排
一.数字电路的测试与故障诊断 1.概述 2.组合电路测试与故障诊断 3.时序电路测试与故障诊断 4.微机系统的测试与故障诊断 5.计算机辅助测试技术
课程内容安排
二.可测性设计 1.可测性设计 2.内建自测试 三. 模拟电路的测试与故障诊断 四. 混合信号测试技术简介
数字系统是复杂的系统：计算机系统，自 动测试系统，智能仪器等；
电子世界正在兴起一场深刻的革命，这场 革命以大规模集成电路(VLSI)和微处理 器标志的数字系统，使许多传统的测试 理论、方法和技术正为之改观。
重要性： VLSI及数字系统生产过程的质量控制 保证数字系统高的可靠性
数字电路测试的重要性
数字电路测试复杂性 数字电路故障诊断的重要性
提高到y； d愈高，成品率就愈高，系统的可靠性也愈高！！
1.1.2 数字电路测试的重要性和复杂性
如果: 如果 d=0, 则y=y0 成品率未提高； 如果 d=1, 则y=1 成品率为1，无故障； 如果 yo =0.85，测试质量d=0.98，则有：
y 0.85 (10.98) 0.85 0.02 0.9967549
诊断性能故障 (全速测试)
重复可靠的激励及测量 高性能，高精度的测试系统硬件
从测试机直接发运现场
必须在整个性能范围内进行测试，验证产品的临界工作范围 必须进行真速测试
故障诊断技术
故障诊断技术
故障诊断技术
故障诊断技术
故障诊断技术
电路板测试接口
电路板测试及故障诊断
1.1.2 数字电路测试的重要性和复杂性